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UNIVERSIDADE TECNOLÓGICA FEDERAL DO PARANÁ
DEPARTAMENTO ACADÊMICO DE MECÂNICA
CURSO DE ENGENHARIA MECÂNICA
MARCELLY LULLEZ KARAM
ANÁLISE DA INFLUÊNCIA DE PARÂMETROS DO PROCESSO DE
INJEÇÃO UTILIZANDO SIMULAÇÃO COMPUTACIONAL
TRABALHO DE CONCLUSÃO DE CURSO
(Tcc2)
CURITIBA
2019
MARCELLY LULLEZ KARAM
ANÁLISE DA INFLUÊNCIA DE PARÂMETROS DO PROCESSO DE
INJEÇÃO UTILIZANDO SIMULAÇÃO COMPUTACIONAL
Monografia do Projeto de Pesquisa apresentada à
disciplina de Trabalho de Conclusão de Curso –
TCC2 do curso de Engenharia Mecânica da
Universidade Tecnológica Federal do Paraná, como
requisito parcial para aprovação na disciplina.
Orientadora: Profa. Ph.D, Márcia Silva de Araújo.
Co-orientadora: Profa. Dra, Carla Cristina Amodio
Estorilio.
CURITIBA
2019
TERMO DE APROVAÇÃO
Por meio deste termo, aprovamos a monografia do Projeto de Pesquisa " ANÁLISE
DA INFLUÊNCIA DE PARÂMETROS DO PROCESSO DE INJEÇÃO UTILIZANDO
SIMULAÇÃO COMPUTACIONAL ", realizado pela aluna Marcelly Lullez Karam, como
requisito parcial para aprovação na disciplina de Trabalho de Conclusão de Curso -
TCC2, do curso de Engenharia Mecânica da Universidade Tecnológica Federal do
Paraná.
Prof. Ph.D, Márcia Silva de Araújo
DAMEC, UTFPR
Orientadora
Prof. David Kretschek
DAMEC, UTFPR
Avaliador
Prof. Daphene Marques Solis
DAMEC, UTFPR
Avaliadora
Curitiba, 17 de junho de 2019.
RESUMO
KARAM, Marcelly Lullez. Análise da influência de parâmetros do processo de injeção utilizando simulação computacional. 80 f. Trabalho de conclusão de curso – Tcc2, Bacharelado em Engenharia Mecânica, Departamento Acadêmico de Mecânica, Universidade Tecnológica Federal do Paraná. Curitiba, 2019.
As indústrias de transformação de polímeros termoplásticos por injeção vêm crescentemente adotado os sistemas CAE (Computer Aided Engineering) no desenvolvimento de peças e moldes, visando corrigir falhas de projeto antes da execução da ferramenta (molde). A ferramenta CAE permite simular um processo de injeção, considerando o desenho 3D da peça a ser injetada, mostrando o comportamento do polímero durante a injeção e as características da peça após a injeção sob parâmetros previamente especificados. Em 2012, a Dassault Systemes lançou o CAE Solidworks Plastics, porém, existe pouco material explorando o seu potencial e confiabilidade. Sendo assim, o objetivo desse trabalho é produzir um material didático para a melhor compreensão da influência dos parâmetros de processo de injeção com o auxílio da ferramenta Solidworks Plastics. Para isso, estre trabalho testou o método de injeção progressiva para determinação dos parâmetros ótimos de injeção e simulou o preenchimento da cavidade usando esses parâmetros e variações entorno desta condição para melhor entender o funcionamento do programa, incluindo suas características e limitações e por fim, mostra um passo a passo do funcionamento das simulações de injeção usando a ferramenta Solidworks Plastics.
Palavras-chave: Injeção de Plásticos. Simulação. Solidworks Plastics.
ABSTRACT
KARAM, Marcelly Lullez. Analisys of the injection process parameters influency on a software simulator. 80 p. Undergraduate Thesis, Mechanical Engineering, Academic Mechanical Engeneering Department, Universidade Tecnológica Federal do Paraná. Curitiba, 2019. Injection thermoplastic polymer processing industries have been continuously adopting CAE (Computer Aided Engineering) on parts and molding development, aiming for design flaws correction before tool execution (mold). The CAE tool allows to simulate an injection process, considering the 3D drawing design of the part to be injected, demonstrating the polymer behavior during injection and the characteristics of the part after injection under specifics parameters. In 2012, Dassault Systemes launched CAE Solidworks Plastics, however, there are not many documents prospecting its potential and reliability. Therefore, the main goal of this work is to produce a courseware to use in class for a better comprehension of the influence of the plastic injection process parameters with the help of the Solidworks Plastics tool. In order to do so, first the present study tested the short shot method to determine the optimum injection parameters for a specific material, then a part simulation was run using these parameters and a variation surrounding this condition to better understand the operation of the soft, including its characteristics and limitations and, finally shows a step-by-step operation of the injection simulation using the Solidworks Plastics tool. Keywords: Plastics Injection. Simulation. Solidworks Plastics.
LISTA DE ILUSTRAÇÕES
Figura 1 - Injetora coaxial de parafuso e êmbolo ...................................................... 19
Figura 2 - Esquema simplificado de um molde de duas placas................................. 22
Figura 4 - Representação de um ciclo de injeção ..................................................... 24
Figura 4 - Menu de seleção de parâmetros do SolidWorks Plastics para malha casca
.................................................................................................................................. 31
Figura 5 - Janela de seleção do polímero ................................................................. 32
Figura 6 - Janela seleção material do molde ............................................................. 32
Figura 7 - Configurações de preenchimento ............................................................. 33
Figura 8 - Configurações avançadas de preenchimento ........................................... 34
Figura 9 - Configurações de preenchimento ............................................................. 35
Figura 10 - Configurações do empenamento ............................................................ 36
Figura 11 - Configuração do local de injeção ............................................................ 38
Figura 12 - Opções de execução da simulação ........................................................ 39
Figura 13 - Apresentação resultados SolidWorks Plastics ........................................ 40
Figura 14 - Esquema do processo passo a passo do método de injeção progressiva
.................................................................................................................................. 42
Figura 15 - Molde corpos de prova ............................................................................ 46
Figura 16 - Tela inicial do programa SolidWorks Plastics ......................................... 47
Figura 17 - Mensagem de múltiplos corpos na malha automática ............................ 55
Figura 18 - Malha casca automática ......................................................................... 56
Figura 19 - Detalhamento canto do modelo 3D com a malha de casca automática.. 56
Figura 20 - Comparação malha casca manual de 4 mm versus malha casca manual
de 1 mm .................................................................................................................... 57
Figura 21 - Exemplo de malha de 4 mm com refinamento local de 1 mm ................. 58
Figura 22 - Correlação entre massa do corpo de prova e o tempo de CPU com o
aumento do tamanho da malha ................................................................................. 60
Figura 23 - Comparação malha casca versus malha sólida ...................................... 62
Figura 24 - Malha aberta ........................................................................................... 64
Figura 25 – Tensão de cisalhamento - Simulação 2 versus Simulação 1 versus
Simulação 3 ............................................................................................................... 71
Figura 26 – Vazão versus tempo - Simulação 6 versus Simulação 1 versus Simulação
7 ................................................................................................................................ 72
Figura 27 – Diferença de largura do modelo 3D ........................................................ 72
Figura 28 – Volume, massa e tamanho do modelo 3D ............................................. 73
LISTA DE TABELAS
Tabela 1 - Parâmetros iniciais para experimento de injeção ..................................... 43
Tabela 2 - Parâmetros de processo que variaram na simulação .............................. 48
Tabela 3 - Resultados em valores médios da etapa de dosagem do método de injeção
progressiva ................................................................................................................ 50
Tabela 4 - Resultados em valores médios da etapa de velocidade de injeção do
método de injeção progressiva .................................................................................. 50
Tabela 5 - Resultados em valores médios da etapa de pressão de injeção do método
de injeção progressiva .............................................................................................. 51
Tabela 6 - Resultados em valores médios da etapa de tempo de injeção do método
de injeção progressiva .............................................................................................. 52
Tabela 7 - Resultados em valores médios da etapa de tempo de recalque do método
de injeção progressiva .............................................................................................. 53
Tabela 8 - Parâmetros de processo resultantes do método da injeção progressiva . 54
Tabela 9 - Parâmetros selecionados para análise das malhas ................................. 58
Tabela 10 - Resumo seleção malha casca ............................................................... 59
Tabela 11 - Resumo seleção malha sólida ............................................................... 65
Tabela 12 - Resultados das simulações .................................................................... 66
LISTA DE QUADROS
Quadro 1 - Comparação entre programas de simulação de injeção ......................... 29
Quadro 2 - Condições de contorno malha casca versus malha sólida ...................... 37
Quadro 3 - Especificações técnicas injetora Haitian HTF58X B ................................ 45
Quadro 4 - Especificações técnicas do material HOSTACOM TRC .......................... 46
Quadro 5 - Parâmetros de processo que não variaram na simulação ...................... 48
Quadro 6 - Variações do modelo de malha sólida manual ........................................ 63
LISTA DE GRÁFICOS
Gráfico 1 – Pressão máxima de entrada versus tempo – Simulação 0 ..................... 67
Gráfico 2 – Vazão de entrada versus tempo – Simulação 0 ..................................... 68
Gráfico 3 – Vazão de entrada versus tempo – Simulação 0 ..................................... 69
Gráfico 4 – Vazão versus tempo – Simulação 2 ........................................................ 70
Gráfico 5 – Massa versus tempo – Simulação 1 ....................................................... 74
SUMÁRIO
1 INTRODUÇÃO .................................................................................................... 12
1.1 Contexto do Tema ................................................................................................................. 13 1.2 Caracterização do Problema ................................................................................................. 14 1.3 Objetivos ................................................................................................................................ 15 1.4 Justificativa ............................................................................................................................ 15 1.5 Conteúdo dos Capítulos ........................................................................................................ 16
2 FUNDAMENTAÇÃO TEÓRICA .......................................................................... 17
2.1 Polímeros .............................................................................................................................. 17
2.1.1 Polipropileno .................................................................................................................. 18
2.1.2 Máquina Injetora ............................................................................................................ 18
2.2 Processo de Injeção .............................................................................................................. 20
2.2.1 Molde ............................................................................................................................. 21
2.2.2 Ciclo de Injeção ............................................................................................................. 23
2.3 Parâmetros de Injeção .......................................................................................................... 25
2.3.1 Principais Pressões ....................................................................................................... 25
2.3.2 Velocidade de Injeção ................................................................................................... 26
2.3.3 Principais Temperaturas................................................................................................ 26
2.3.4 Tempo de Injeção, Recalque ........................................................................................ 27
2.4 Simulação de Preenchimento de Cavidade de Molde .......................................................... 27
2.4.1 Pacotes Comerciais – Simuladores de Processos de Injeção de Termoplásticos ....... 28
2.4.2 SolidWorks Plastics ....................................................................................................... 29
3 PROCEDIMENTOS ............................................................................................ 41
3.1 Método da injeção progressiva ............................................................................................. 41 3.2 Injetora e Molde ..................................................................................................................... 44 3.3 Material .................................................................................................................................. 46 3.4 Simulação .............................................................................................................................. 46
3.4.1 Definição do Tipo de Malha ........................................................................................... 47
3.4.2 Definição dos parâmetros para simulação .................................................................... 47
4 RESULTADOS ................................................................................................... 49
4.1 Método da injeção progressiva ............................................................................................. 49 4.2 Definição do tipo de malha .................................................................................................... 54
4.2.1 Malha Casca .................................................................................................................. 55
4.2.2 Malha Sólida .................................................................................................................. 61
4.3 Simulação de injeção variando os parâmetros ..................................................................... 65
5 CONCLUSÕES ................................................................................................... 75
REFERÊNCIAS ......................................................................................................... 76
APÊNDICE A – DESENHO TÉCNICO DO MODELO UTILIZADO NAS SIMULAÇÕES .................................................................................................................................. 80
12
1 INTRODUÇÃO
A indústria de processamento de polímeros é caracterizada por uma grande
variedade de processos, técnicas e materiais. Basta notar que é praticamente
impossível não fazer uso de algum produto plástico no cotidiano. A complexidade dos
polímeros permitiu a substituição de matérias-primas metálicas e cerâmicas em
diversos produtos desde 1870, com a introdução do celuloide, até os dias atuais [1].
Garrafas de vidro, sacolas de papel, tecidos de algodão, canecas de metal, são alguns
dos produtos mais comuns que encontraram nos plásticos uma boa solução para
custo, produção e diversidade.
A produção de plásticos é um dos segmentos industriais com maior ascensão
global no mundo com uma média de 8,7% de crescimento ao ano no período de 1950
e 2012 [2].
Em 2012, o maior produtor desse segmento era a China, com 23% da produção
global. O Brasil estava ocupando 2% desse mercado [3]. Em 2016, no Brasil, a
indústria de transformação de plástico compreendia 12.539 empresas, sendo 1.108
delas localizadas no estado do Paraná. Essas empresas, foram responsáveis por um
total de vendas de 64,9 bilhões de Reais, equivalente a 5,8 milhões de toneladas de
transformados plásticos [4]. De acordo com o informe, o consumo de transformados
de plástico aumentou quase 33% de 2007 a 2011. Entre as matérias-primas mais
utilizadas, o polipropileno (PP) vem em primeiro lugar com 21,9% do mercado [5].
Neste contexto, é possível compreender a importância desta indústria para
economia mundial e nacional e da necessidade de se continuar explorando este
segmento por meio de investimentos em pesquisas e desenvolvimento de novas
tecnologias. É cada vez maior o número de sistemas computacionais voltados a
atender a área de desenvolvimento de produtos ou componentes de plástico injetados
[6]. Dentre esses sistemas, destacam-se as ferramentas de Computer Aided
Engineering (CAE), programas de computador desenvolvidos para auxiliar no
planejamento de processos de engenharia por meio de simulação computacional.
Os softwares de simulação predizem a interação entre o design do produto e o
molde, o que reduz custo e tempo de desenvolvimento, além de otimizar as tolerâncias
dimensionais das peças [7]. Por isso, não é difícil notar cada vez mais este tipo de
13
sistema sendo utilizado nas indústrias de plástico, haja visto os ganhos que podem
proporcionar na qualidade e produtividade do processo, desde a disposição dos
canais de injeção e canais de resfriamento e refinamento de parâmetros como
velocidades, pressões, tempos e temperaturas [6,8].
SolidWorks, Autodesk® Simulation Moldflow®, Moldex3D e SIGMASOFT® são
alguns exemplos de softwares disponíveis no mercado que funcionam como
simuladores que testam virtualmente as condições estabelecidas no projeto a fim de
validar se o molde vai desempenhar como planejado.
1.1 Contexto do Tema
A partir de uma pesquisa na plataforma Scopus, verificou-se o crescimento da
publicação de pesquisas relacionadas ao processo de injeção, sua simulação e o
próprio programa Solidworks Plastics. Foram pesquisados os termos em inglês
“injection process simulation” (simulação do processo de injeção), “plastic injection
process” (processo de injeção de plástico) e “Solidwork Plastics” (nome do módulo de
simulação de injeção de plásticos do programa Solidworks). As duas primeiras buscas
retornaram mais de 10 mil resultados, enquanto a busca pelo termo “SolidWorks
Plastics” retornou somente 128 resultados.
Apesar de serem poucos os estudos publicados que utilizaram a plataforma
SolidWorks, o programa já era citado como solução para a simulação de injeção de
plásticos mesmo antes do lançamento do SolidWorks Plastics em 2012 [9].
Kong et al. [10], citado por pelo menos 40 artigos de acordo com a busca do
Scopus, apresenta ainda em 2003 o SolidWorks como uma das melhores opções para
desenvolvimento de sistema de projeto de molde de injeção de plástico. No artigo são
mencionadas três principais vantagens: ambiente semelhante ao Windows, fácil
aprendizado e baixo valor aquisitivo. Como na época os softwares de simulação ainda
exigiam alta capacidade das máquinas (workstations), essas características
permitiram que pequenas e médias empresas pudessem migrar para computadores
pessoais.
Nas publicações mais recentes, o SolidWorks Plastics foi aplicado na validação
do alcance da injeção na geometria de peças plásticas com sistema de canais frios
14
por Moayyedian, Abhary & Marian, 2015 [11]. O software também foi utilizado em 2016
pelos mesmos autores [12] para simular e avaliar os possíveis defeitos internos e
externos na injeção de peças plásticas. Ambos os estudos buscaram reduzir o
descarte com a otimização das cavidades dos moldes.
Já Miranda & Nogueira [13] utilizaram o SolidWorks na análise das variações do
processo de injeção variando a pressão de injeção, a temperatura de injeção e a
temperatura de molde em um molde sem ventilação. Em todos os estudos, o software
se mostrou eficaz e atendeu às necessidades das propostas.
Porém, no geral, os resultados ainda mostram uma preferência pelo SolidWorks
para modelagem 3D das peças e dos moldes. A simulação da injeção plástica aparece
discretamente e em raros artigos.
1.2 Caracterização do Problema
As ferramentas CAE têm sido amplamente utilizadas como ferramentas de
simulação de processos industriais diversos [11,12,13]. No ramo da indústria de
plásticos estes programas contribuem consideravelmente para o projeto de peças
plásticas injetadas, uma vez que permitem prever possíveis defeitos ou pontos de
melhorias antes mesmo de se fabricar o molde.
A fase virtual do desenvolvimento do projeto contribui na redução de tempo e
custos uma vez que implica em maior assertividade na fase real, quando de fato se
utiliza o tempo máquina, matéria-prima e outros recursos para realizar o projeto.
Dos programas existentes no mercado atual, o Solidworks proporciona uma
plataforma multitarefa que permite ao usuário, além de projetar a peça plástica,
simular seu processo de fabricação de forma conjunta. Dada a sua configuração,
ainda contempla as plataformas Computer Aided Design (CAD) e Computer Aided
Engineering CAE.
Todavia, o Solidworks, assim como outras ferramentas CAE, é pouco difundido
no meio científico, (em se tratando de artigos, principalmente em português) até o
momento (abril, 2018). E, mesmo sendo disponibilizadas licenças estudantis nos
computadores dos laboratórios da UTFPR, a falta de um manual didático na língua
portuguesa dificulta a aplicação do programa no curso de Engenharia Mecânica. A
15
melhor compreensão dos conteúdos englobados na disciplina de Processamento de
Polímeros, por exemplo, poderia ser facilitada pela inserção de módulos de simulação
computacional.
1.3 Objetivos
O presente trabalho tem como objetivo produzir um material didático para uso
em sala de aula para melhor compreensão da influência dos parâmetros de processo
de injeção com o auxílio da ferramenta computacional Solidworks Plastics.
Para alcançar o objetivo principal, verificou-se como necessárias a compreensão
e análise das funcionalidades e características da ferramenta SolidWorks Plastics,
combinadas com a revisão do processo de injeção de plásticos. Também foram
traçados os seguintes objetivos específicos:
a) Realizar experimentos de injeção seguindo o método de injeção
progressiva para determinar as condições ótimas de injeção.
b) Simular a injeção de um modelo 3D no programa Solidworks Plastics a
partir da condição ótima estabelecida no item a.
c) Gerar um roteiro para simulação de injeção em Solidworks Plastics.
1.4 Justificativa
A necessidade de se explorar as ferramentas CAE para injeção de plásticos,
bem como o interesse da comunidade acadêmica da UTFPR em aprimorar os
conhecimentos sobre a ferramenta Solidworks Plastics, sustentam a elaboração deste
trabalho. Além disto, a execução deste estudo tem a intenção de compor os materiais
acadêmicos didáticos sobre a temática Injeção de Plásticos, incluindo roteiro,
exemplos de uso, e análises do produto alvo.
A UTFPR conta atualmente com licenças estudantis do SolidWorks, cujos
recursos já estão disponíveis para utilização nas disciplinas de Processamento de
Polímeros, Projeto Auxiliado por Computador, Métodos Numéricos Computacionais,
entre outras.
16
1.5 Conteúdo dos Capítulos
Neste capítulo introdutivo, apresentou-se o problema da falta de difusão de
ferramentas CAE que auxiliam no desenvolvimento de moldes de injeção de plástico
a partir de softwares de simulação, com destaque para o Solidworks Plastics.
No segundo capítulo é apresentada uma revisão da literatura disponível sobre o
processamento de plásticos moldáveis por injeção, bem como um levantamento do
histórico do desenvolvimento das ferramentas CAE. Nos tópicos iniciais é apresentado
um breve resumo sobre o processo de injeção, as injetoras, os moldes e a matéria-
prima que fundamentam o tema principal.
O terceiro capítulo, por sua vez, apresenta o método da injeção progressiva que
será utilizado para a definição dos parâmetros ótimos de injeção e, também, apresenta
utilização da ferramenta Solidworks Plastics com um descritivo sobre sua operação,
suas variáveis de entrada e saída e demonstração de simulações.
No quarto capítulo é feita uma análise crítica dos resultados obtidos na simulação
e da performance do software, como uma ferramenta de simulação de injeção de
plásticos.
A conclusão é apresentada no quinto capítulo junto com as sugestões para
trabalhos futuros.
17
2 FUNDAMENTAÇÃO TEÓRICA
Nesta seção são revisados os principais conceitos que dão base ao
desenvolvimento deste trabalho. O texto inicia com a definição de polímeros, segue
para a descrição do processo de injeção desses materiais, bem como os moldes
utilizados e finaliza com a apresentação das ferramentas de simulação com foco no
SolidWorks Plastics.
2.1 Polímeros
Todo polímero é um material composto de unidades químicas que se repetem
ao longo da cadeia polimérica. Essas unidades são chamadas de mero e são ligadas
entre si por meio de ligações primárias covalentes [14, 15, 16]. Alguns polímeros são
constituídos pela repetição de um único mero, sendo denominados de homopolímero,
como por exemplo o Polietileno e o Polipropileno. Já um polímero composto por dois
ou mais meros diferentes, é chamado de copolímero. [14, 17]. A construção dessa
estrutura de meros pode se dar de várias maneiras, como: em blocos, na qual uma
sequência de meros tipo A é seguido por uma outra sequência de meros tipo B, como
por exemplo o elastômero termoplástico de estireno e butadieno (SBS); alternada, na
qual um mero A se alterna com um mero B, (ABABAB) ; de forma aleatória, sem que
haja qualquer ordenamento na sequência dos meros (AABABABB), tal como o a
borracha de estireno e butadieno (SBR) e, ainda, graftizado ou enxertado, no qual
uma cadeia de um único mero se liga a cadeia principal constituída de outro mero,
como o terpolímero de acrilonitrila, butadieno e estireno (ABS). A copolimerização
tem por função criar um polímero com propriedades diferenciadas dos homopolímeros
que podem ser formados a partir dos monômeros que os deram origem. [15, 17].
Polímeros podem ser classificados segundo a resistência mecânica em ordem
crescente em: elastômeros, plásticos e fibras. Os elastômeros podem ainda ser
subdivididos em borrachas e elastômeros termoplásticos e, os plásticos em
termoplásticos e termorrígidos [17].
O trabalho proposto usou para estudo da simulação do processo de injeção um
compósito de um copolímero termoplásticos de Polipropileno.
18
Termoplástico refere-se ao polímero de cadeia linear ou ramificada que pode ser
plastificado e moldado um certo número de vezes, sofrendo pouca alteração nas suas
propriedades [14]. Esse tipo de polímero é mais utilizado em processos de moldagem
por injeção, extrusão e sopro [15].
De maneira contrária, os polímeros termorrígidos, após serem curados, não é
mais possível voltar ao seu estado anterior devido às ligações cruzadas formadas
entre as cadeias [14]. Eles são mais utilizados nos processos de compressão e
transferência, podendo também ser moldados por injeção em equipamento e
condições diferentes dos termoplásticos [15].
O presente trabalho fez o uso de um polipropileno como matéria-prima, o qual
tem suas características apresentadas na sequência.
2.1.1 Polipropileno
O PP foi criado na Itália em 1954 e desde então vem evoluindo, sendo
considerado um dos plásticos em maior crescimento. Segundo Manrich (2005), o
polipropileno (PP) é um dos polímeros mais utilizados no mundo. Em 2002, ele
representava 15% da produção mundial de plásticos. Essa grande produção e,
portanto, seu grande consumo se dá devido ao fato de o PP ser muito versátil nas
suas propriedades. Muitos são os aditivos que podem ser utilizados para alterar as
propriedades e características do polímero fazendo com que o PP seja tanto flexível
quanto rígido, por exemplo. O PP possui uma temperatura de transição vítrea baixa
(menor que a temperatura ambiente) o que torna difícil sua utilização em baixas
temperaturas, entretanto, borracha é um exemplo de aditivo que pode ser utilizado
para melhorar o desempenho do PP em baixas temperaturas. Cargas minerais, como
talco e carbonato de cálcio, também podem ser adicionadas para formar um
compósito, para deixar sua rigidez próxima a dos plásticos de engenharia, que são
polímeros com descoberta mais recente e, portanto, mais caros. Por isso, o compósito
de polipropileno foi escolhido para ser o utilizado no presente trabalho.
2.1.2 Máquina Injetora
As máquinas injetoras têm como objetivo aquecer o material até a sua
plastificação, aplicar uma carga sobre ele com o auxílio de um pistão, para que este
seja “injetado” para dentro de um molde fechado, onde vai assumir o formato da
19
cavidade do molde e posteriormente ser extraído [15]. Essas máquinas possuem
vários tamanhos, desde bem pequenas e manuais até modelos hidráulicos de 5,5 mil
toneladas de força de fechamento [19, 20].
O presente trabalho será realizado na máquina injetora existente na
Universidade Tecnológica Federal do Paraná (UTFPR), trata-se de uma injetora de
rosca recíproca a qual será apresentada em detalhes na sequência.
Segundo Blass [15], uma injetora de rosca recíproca é aquela que possui duas
funções, a de fuso e de êmbolo [14], também conhecida como injetora coaxial de
parafuso e êmbolo, e é apresentada na Figura 1.
Figura 1 - Injetora coaxial de parafuso e êmbolo
Fonte: Autoria Própria adaptado de Blass (1988), pg. 162.
O sistema de alimentação da máquina é composto pela tremonha ou funil, o
material fica armazenado na tremonha e quando a rosca se move, os pellets ou
grânulos de matéria-prima entram no cilindro. O cilindro de injeção recebe o polímero
em uma extremidade, onde fica localizada a tremonha e na extremidade oposta
encontra-se o bocal. Em torno do cilindro encontram-se as bandas de aquecimento,
20
as quais são, normalmente, compostas de resistores elétricos. A região embaixo da
tremonha coluna possui resfriamento a água para evitar que o material funda
prematuramente no funil ou na rosca na zona de alimentação [15].
O polímero em contato com a rosca sem fim, que gira dentro do cilindro de
aquecimento tem por função plastificar e transportar o material. Quando o fundido
passa pela válvula de retenção ou não-retorno ele é acumulado na câmara a frente
do bico de injeção da rosca, esta é utilizada para realizar a dosagem, ou seja, a
separação da quantidade de polímero necessária para cada ciclo de injeção, este
espaço é criado quando a rosca recua e retorna à posição inicia [15].
Quando o bocal da injetora encosta no molde, a rosca passa a atuar como um
êmbolo e o bico de injeção da rosca avança e exerce uma pressão hidráulica para
injetar o material, e então, o cilindro retorna à posição inicial [15]. O bocal é um furo
restrito por onde o polímero deve passar para entrar no molde. Ele tem como
finalidade aquecer o material, seja por resistência ou atrito e impedir o vazamento de
material enquanto o molde está aberto. Ele é normalmente fechado e com a pressão
de injeção a força da mola de fechamento do bocal é superada e ele se abre para dar
passagem ao polímero.
Por fim, o motor hidráulico é o responsável por gerar as pressões necessárias
no pistão para o seu deslocamento e aplicar as forças de fechamento no molde. As
máquinas injetoras têm seu tamanho especificado em função da sua força de
fechamento e pela relação entre o comprimento e o diâmetro da rosca [15].
2.2 Processo de Injeção
Na moldagem por injeção, a qualidade do produto está intimamente relacionada,
não somente ao conceito da peça (projeto) e seu material, mas ao conjunto de
variáveis inerentes ao processamento, isto é, há uma dependência da maneira como
efetivamente o produto foi processado durante as etapas de trabalho [18], ou seja,
dos parâmetros de processo.
Para entender os parâmetros do processo é interessante assimilar o conceito de
ciclo de injeção. A injeção é um processo intermitente, ou seja, não contínuo e que
pode ser dividido em duas etapas, na qual uma ocorre no módulo de injeção, que
prepara o material a ser injetado, e outro, que ocorre no módulo do molde da injetora,
21
onde ocorre a efetiva injeção do material [14]. A fim de exemplificar esse ciclo, se faz
necessário, primeiramente conhecer a máquina injetora e o molde, os quais serão
apresentados na sequência.
2.2.1 Molde
Moldes para injeção de plásticos são complexos e possuem grande importância
dentro do processo de injeção. Seu desenvolvimento se dá com base na injetora e na
matéria-prima que serão utilizadas na produção. Existem diferentes tipos de moldes
que podem ser classificados da seguinte forma: molde de duas placas, que se constitui
na concepção mais simples; molde de 3 placas, onde a placa central pode abrigar o
sistema de distribuição, tornando possível a extração separada dos canais e da peça,
e; moldes com canal quente, o qual mantém o sistema de alimentação aquecido para
que o material presente lá dentro seja utilizado no próximo ciclo de injeção. Esses três
modelos de moldes também podem ser compostos de movimentos (partes móveis)
para que seja possível a moldagem de peças com geometrias complexas. [15]
O presente trabalho fará o uso de um molde simples de duas cavidades, o qual
será apresentado em detalhes na sequência. Para padronizar a nomenclatura dos
componentes, será utilizado como base o Blass (1988). A Figura 2 apresenta um
esquema simplificado de um molde de duas placas.
22
Figura 2 - Esquema simplificado de um molde de duas placas
Fonte: Autoria Própria adaptado de Blass (1988), pg. 186.
Representadas em rosa e marcadas com as letras “q” e “a”, são as placas de
base frontal e posterior. Elas servem de base para as cavidades, e no caso da frontal,
para os pinos guias e insertos também. A placa do lado fixo recebe o anel localizador
da bucha de injeção (“p”) e a bucha de injeção propriamente dita (“o”).
Em verde, tem-se o lado fixo da cavidade (também conhecido como fêmea). É
por este lado que o material é injetado. Logo em seguida, representado em laranja,
tem-se o lado móvel da cavidade (também conhecido como macho). Nele se
encontram os pinos extratores (utilizados para tirar completamente o moldado da
cavidade). Neste exemplo, alguns insertos foram utilizados e os mesmos estão
representados pela letra “n”.
23
Indicada pela letra “m” e pintada de cor azul, está a placa de apoio dos insertos
que é utilizada para dar suporte.
Em vermelho tem-se os espaçadores, que são utilizados para dar espaço para
os movimentos da placa dos extratores e, situada ao meio e indicada pela letra “j”,
está a placa de apoio dos extratores que tem como objetivo, manter os pinos
extratores em posição.
Na parte superior do molde, representado pela letra “d”, tem-se o pino de guia.
Este é utilizado para alinhar ambos os lados do molde. Ao lado do pino guia, marcado
pela letra “c”, está a bucha do pino guia, para manter o pino em posição. A letra “e”
representa um pino extrator do tipo camisa ou bucha. Ele se encontra em torno de um
pino-núcleo macho, indicado pela letra “f”. Este último é utilizado para dar forma ao
moldado.
Ao centro, indicado pela letra “g”, está o mecanismo de operação e mola de
retorno dos extratores. Em seguida, a letra “h” mostra a haste de tração do canal de
alimentação.
Por fim, na parte inferior, encontram-se o pino extrator representado pela letra “i”
e o pino de guia dos extratores indicado pela letra “l”.
Além dos sistemas acima indicados, o molde utilizado no presente trabalho,
também possui um sistema de refrigeração. Esse sistema funciona a partir da
circulação de água através de canais usinados em cada placa do molde [15].
2.2.2 Ciclo de Injeção
O ciclo de injeção é um processo intermitente, que pode ser dividido em ciclo da
rosca e ciclo do molde [24].
2.2.2.1 Ciclo da Rosca
O ciclo da rosca se inicia com o carregamento do polímero, em formato de
pellets, na injetora através do funil de alimentação. A rosca recíproca, presente dentro
do canhão de injeção ou cilindro de aquecimento, recebe esses pellets e enquanto
aquece e homogeneíza o polímero, também o transporta em direção ao molde por
24
meio de movimentos giratórios (como um parafuso sem fim), enquanto gira se move
para trás. Uma quantidade de material fundido pré-estabelecida, conhecida como
dosagem, passa pela válvula de não retorno na rosca e se acumula à frente do bico
de injeção, na câmara de dosagem. Esta etapa é denominada de dosagem.
Normalmente, a máquina injetora possui uma válvula no bico de injeção, a qual se
abre quando o ciclo anterior já se encerrou e o molde encontra-se fechado.
Uma vez encerrado o ciclo de injeção anterior, a rosca para de atuar como
parafuso sem fim e passa a empurrar o polímero para dentro da cavidade do molde,
como se fosse um pistão. Esta dupla função da rosca dá a ela o nome de rosca
recíproca. Após a etapa de injeção, na qual ocorre o preenchimento e a pressurização
do molde, o ciclo passa por uma mudança de pressão, este ponto é denominado ponto
de comutação. Essa segunda pressão é conhecida como pressão de recalque e faz
parte da etapa de empacotamento ou recalque.
Terminado o recalque, a rosca retorna à posição inicial para produzir a próxima
dosagem. A Figura 4 ilustra essas etapas:
Figura 3 - Representação de um ciclo de injeção
Fonte: Autoria Própria adaptado de Manrich (2005), pg. 287.
Como é possível observar na Figura 4, o ciclo de injeção, já apresentado,
acontece em paralelo com outras etapas. As etapas não mencionadas fazem respeito
ao ciclo do molde.
2.2.2.2 Ciclo do Molde
Para que o material fundido possa ser injetado, o molde deve estar fechado e
vazio e assim se inicia o ciclo do molde, aplicando uma força de fechamento de molde.
Após o polímero passar pelos canais de alimentação e distribuição, o processo de
resfriamento começa. Para garantir que a(s) cavidade(s) do molde sejam 100%
25
preenchida(s) há a manutenção da pressão (etapa de recalque) para compensar a
retração sofrida pelo material. O molde permanece fechado após o término das
aplicações de pressão, aguardando o término do processo de resfriamento (etapa que
demanda mais tempo). Neste tempo, enquanto o molde está fechado, após o tempo
de recalque ocorre a dosagem do material para o próximo ciclo de injeção [14].
Uma vez atingida a temperatura solicitada, o molde se abre, a peça é ejetada e
o ciclo se reinicia com o fechamento do molde.
Para a realização de ambos os ciclos, diversos parâmetros necessitam ser
especificados. São eles que vão determinar as propriedades da peça final. Utilizando
uma mesma injetora, mesmo molde e mesma matéria-prima, é possível alterar os
parâmetros e ainda assim, obter resultados completamente diferentes.
2.3 Parâmetros de Injeção
Para atingir uma determinada qualidade de um produto injetado, é necessário
saber selecionar os parâmetros de processo. Esses parâmetros podem variar com a
escolha do material a ser moldado, com o molde, em função da máquina injetora com
suas configurações e limitações e com o design da peça [14]. Dentro do conjunto dos
parâmetros de processo, existem os parâmetros específicos de injeção que também
variam com os fatores acima citados. Tratam-se dos controles de tempo, temperatura,
pressão e velocidade. Suas principais propriedades serão exemplificadas na
sequência.
2.3.1 Principais Pressões
Existem duas pressões no processo: pressão de injeção e pressão de recalque.
A primeira refere-se a pressão exercida pela rosca sobre o material a ser injetado [21].
Ela deve ser aplicada em quantidade suficiente para preencher o molde e de modo a
evitar defeitos como manchas (variação da coloração da peça), empenamentos e
excessos de contração (peças torcidas ou maiores/menores do que o especificado em
projeto), rechupes (variação na espessura da peça) e falhas (falta de preenchimento)
[22].
26
A pressão de recalque auxilia na eliminação desses defeitos e tem como
principal função, manter a massa polimérica dentro do molde sob resfriamento,
contração uniforme sem retornar ao canhão de injeção [14]. Ela se inicia quando o
pistão da máquina injetora para de avançar. É normalmente regulada para o valor de
50% a 60% da pressão de injeção [20], porém essa é somente uma medida de
referência. Muitas vezes, o conhecimento utilizado para determinar o valor desses
parâmetros é adquirido através do resultado de experimentos de “tentativa e erro”
(técnica empírica) [14].
Além dessas duas pressões, também existem: a pressão na válvula do bico
injetor, para impedir que vaze material do molde para o canhão, pressão de
fechamento do molde (força de fechamento) para manter os dois lados do molde bem
fechado e evitar rebarbas, entre outras [22].
2.3.2 Velocidade de Injeção
A velocidade de injeção diz respeito, na verdade, a vazão de material que entra
no molde (normalmente medida em centímetros cúbicos por segundo). Ela é regulada
de acordo com o formato do produto: peças com paredes finas utilizam velocidades
mais altas de injeção e peças mais espessas, necessitam de velocidades mais baixas
[22].
Velocidades elevadas geram ciclos menores e favorecem a redução das tensões
internas, porém podem causar a queima (manchas com alteração de cor na peça) e
esguichamento/turbulência (marcas de esguicho na superfície da peça). Enquanto
que, velocidades menores de injeção evitam marcas de fluxo, porém geram um tempo
de ciclo maior. Essa velocidade mais baixa também pode ser alcançada alterando a
temperatura do material [21].
2.3.3 Principais Temperaturas
São duas as principais temperaturas do processo: temperatura de injeção e
temperatura do molde. A temperatura de injeção é determinada com base no tipo de
polímero que será injetado. Quanto maior a temperatura do polímero fundido, menor
será sua viscosidade, o que reduz o valor da pressão de injeção necessária para
27
atingir uma determinada velocidade de injeção [21]. O valor ideal para temperatura de
injeção vem indicado na tabela de propriedades do polímero escolhido, resta somente
configurar o perfil de aquecimento do cilindro de injeção (canhão) [14].
Em relação à temperatura do molde: moldes com temperaturas mais altas geram
uma superfície mais brilhante, com redução das linhas de fluxo e das tensões internas,
porém resultam em um tempo de ciclo mais elevado pois necessitam de um tempo
maior para o resfriamento da peça. Já os moldes com temperaturas mais baixas,
resultam em um tempo de ciclo bem mais reduzido, entretanto, geram peças com
tensões internas e com risco de quebra durante a extração, sem brilho e com marcas
de fluxo. É recomendado a utilização de uma temperatura mínima de 20º C, não
ultrapassando de 70º C [21].
2.3.4 Tempo de Injeção, Recalque
O espaço de tempo entre o momento em que a rosca começa a avançar,
injetando material para dentro do molde até o momento em que o molde é completo e
a rosca para de exercer pressão é denominado tempo de injeção. Ele está diretamente
ligado à velocidade de injeção e pressão de injeção [21]. Quando o tempo de injeção
não está apropriadamente regulado, pode gerar peças incompletas, ocas, empenadas
ou com rechupe.
O tempo de recalque é a etapa que vem logo na sequência. Conforme já
apresentado, trabalha-se com uma pressão de recalque baixa (50-60% do valor da
pressão de injeção) e o mesmo é válido para o tempo de recalque. Isto se dá pois
quanto maior a pressão de recalque e maior o tempo de manutenção dessa pressão,
mais tensionada a peça ficará. O ideal é utilizar o mínimo tempo necessário para
garantir uma peça com encolhimento controlado e gerando o mínimo de tensões e
áreas com rechupe [14].
2.4 Simulação de Preenchimento de Cavidade de Molde
Na área de desenvolvimento de produtos as ferramentas Computer Aided
Design (CAD) e Computer Aided Engineering CAE têm sido amplamente utilizadas
[11,12,13]. No ramo da indústria de plásticos estes programas contribuem
consideravelmente para o projeto de peças plásticas injetadas, uma vez que simulam
28
o preenchimento da cavidade do molde, permitindo prever possíveis defeitos ou
pontos de melhorias antes mesmo de se fabricar o molde, contribuindo na redução de
tempo e custos, uma vez que implica em maior assertividade na fase real, quando de
fato se utiliza o tempo máquina, matéria-prima e outros recursos para realizar o
projeto.
2.4.1 Pacotes Comerciais – Simuladores de Processos de Injeção de Termoplásticos
Somente ao final da década de 1970 foi lançado o primeiro programa comercial
para simulação de preenchimento de molde, o Moldflow, criado pela companhia
australiana Moldflow Pty. LTD. e seu fundador Eng. Colin Austin. Entre as opções em
ferramentas CAE para simulação numérica do processo de injeção de termoplásticos,
destacam-se os softwares: Solidworks Plastics, Moldex, Moldflow e Sigma [23],
Em 2013, o SolidWorks, que até então era utilizado como ferramenta CAD para
a execução dos desenhos que serviam de base para esses programas; começou a
comercializar seu próprio pacote de simulação. E, apesar de ser ainda uma novidade
no mercado, a ferramenta já estreou competindo diretamente com esses simuladores
mais conhecidos. Tanto que muitos usuários já testaram suas possibilidades e
compartilham as suas opiniões nos principais fóruns e sites sobre softwares de
injeção.
É o caso de Ed Honda, presidente da Honda Design LLC, que deixou clara sua
preferência pelo SolidWorks no fórum da própria página [24, 25], alegando que a nova
ferramenta traz três grandes vantagens: ambiente nativo SolidWorks, banco de dados
com maior conteúdo do que o Moldflow e a possibilidade de configurar mais condições
de processo.
A Revista Automotive Design & Production Magazine [26] também já fez sua
comparação entre Moldflow e SolidWorks e, considerando as últimas atualizações de
recursos de 2017 como a inserção de imagem de realidade na simulação do bloqueio
de válvulas sequencial e as novas opções de controle de válvulas por taxa de volume
e tempo, o SolidWorks entra no mesmo patamar do seu concorrente, que já está no
mercado desde 1978.
29
A Mold & Molding Solution Provider [27], aumentou o leque de comparações e
fez um benchmarking entre os softwares: Moldex, Moldflow e Sigma, resumido no
Quadro 1.
Quadro 1 - Comparação entre programas de simulação de injeção
MOLDEX 3D MOLDFLOW SIGMA
Opções limitadas para nível de malha.
Demora para apresentar os resultados.
Custo menor em comparação com os outros.
Fácil configuração dos parâmetros de simulação.
Pior em termos de acuracidade.
O pacote básico permite realizar três simulações em paralelo.
Sensível com a qualidade do arquivo CAD.
Possibilidade de várias configurações e parâmetros de processo.
Necessário corrigir a malha.
Várias opções de visualização dos resultados.
Melhor banco de dados.
Simulação do molde completo com melhores resultados.
Sem necessidade de corrigir a malha.
Simulação considera temperatura de água constante nas linhas de resfriamento.
Bom rastreamento de partícula para linhas de fechamento.
Fonte: Autoria própria adaptado de Mold & Molding Solution Provider [26].
2.4.2 SolidWorks Plastics
O programa Solidworks é uma ferramenta CAD de desenho de peças em 3D, no
qual é possível projetar peças dos mais variados tipos de processos, inclusive
plásticos. Nesta plataforma, foi criado em 2012 o recurso chamado Solidworks
Plastics, que auxilia no projeto de moldes e peças plásticas por meio de simulação
CAE do processo. Esta ferramenta simula o processamento realizado por uma
injetora, como o plástico flui da entrada da bucha, em contato com o bico de injeção,
até o final da cavidade do molde, resultando em análises úteis para o projeto da peça,
prevendo se haverá ocorrência de defeitos comuns do processo [12].
30
2.4.2.1 Seleção de malha e do material polimérico e do molde
A principal função do programa SolidWorks Plastics é apresentar a viabilidade
de injeção de uma peça. Essa análise pode ser feita de dois ângulos diferentes: o
primeiro é feito a partir de uma peça modelada, verifica-se junto ao programa qual
seria a configuração de molde ideal para a injeção, ou seja, utilizar o programa para
buscar informações sobre como e onde seria a melhor localização para o ponto de
injeção, o melhor formato para os canais de injeção, alimentação, refrigeração e etc,
além dos parâmetros de processo. O segundo modo, seria o usuário indicar as
configurações de molde que pretende utilizar e receber um retorno do programa se é
factível e quais os parâmetros de injeção mais indicados.
Em ambos os casos, é necessário possuir o modelo numérico da cavidade do
molde que se pretende utilizar, isto é, um desenho 3D da peça desejada já incluindo
a taxa de contração volumétrica necessária. Este modelo pode ser criado dentro do
próprio SolidWorks e durante as simulações, também é possível editá-lo, caso haja
alguma modificação necessária para seja possível realizar a injeção da peça
desejada.
A Figura 4 apresenta o menu de opções apresentado pelo SolidWorks Plastics.
31
Figura 4 - Menu de seleção de parâmetros do SolidWorks Plastics para malha
casca
Fonte: Obtido da simulação no SolidWorks feito pela autora
Dentro da subdivisão malha, é possível editar tanto o projeto dos canais quanto
o projeto do molde. Não é possível editar a malha, pois uma vez alterada, perde-se
todos os outros parâmetros já selecionados.
Na sequência, tem-se a aba de materiais. Nela, é possível selecionar tanto o
material a ser injetado quando o material do molde a ser utilizado. Essa escolha é feita
a partir de um banco de dados de matérias já existentes no próprio programa. Esse
banco de dados já é bastante extenso, porém, se necessário, é possível inserir um
material manualmente, carregando todas as suas propriedades disponibilizadas pelo
fabricante. As Figura 5 e 6 mostram as janelas de seleção do polímero e do material
do molde respectivamente.
32
Figura 5 - Janela de seleção do polímero
Fonte: Obtido da simulação no SolidWorks feito pela autora
Figura 6 - Janela seleção material do molde
Fonte: Obtido da simulação no SolidWorks feito pela autora.
33
Em ambos os casos, o programa apresenta toda a ficha técnica do material. As
informações provenientes dessas fichas técnicas também são utilizadas nas
simulações, como por exemplo a temperatura de fusão, a qual não deve ser
ultrapassada durante o processo de injeção.
A próxima aba são os parâmetros de processo. Eles são divididos em 3 partes:
configuração de preenchimento, configuração de recalque e configuração de
empenamento que serão apresentadas na sequência.
2.4.2.2 Configuração de preenchimento
A configuração de preenchimento possui a grande maioria dos parâmetros de
processo que é selecionada. A Figura 7 mostra o menu de opções para essa
configuração.
Figura 7 - Configurações de preenchimento
Fonte: Obtido da simulação no SolidWorks feito pela autora.
34
Todas as configurações já vêm pré-selecionadas pelo programa, porém, todas
elas são possíveis de serem alteradas. O tempo de preenchimento sempre vem
selecionado o que o programa entende como ideal. A temperatura de fusão é
proveniente da base de dados do polímero. A temperatura do molde e o limite de
pressão de injeção vem selecionados com 50º C e 100 MPa respectivamente, como
padrão do programa.
A Figura 8 mostra a continuação do menu avançado.
Figura 8 - Configurações avançadas de preenchimento
Fonte: Obtido da simulação no SolidWorks feito pela autora.
Neste campo, é possível selecionar o ponto de alternância entre a fase de
injeção e a fase de recalque. Também existe a opção de controle de
vazão/fechamento do ponto de injeção para o caso em que se tem mais de um ponto
de injeção. Na configuração do perfil de vazão, é possível selecionar uma vazão que
35
varia em relação a posição da rosca do canhão de injeção (em mm) ou em relação a
porcentagem de preenchimento ou tempo de preenchimento do molde.
Dentro do SolidWorks Plastics existe um banco de dados de máquinas injetoras.
Ele serve para auxiliar na escolha dos parâmetros que dependem dos limites da
máquina, como por exemplo, o limite de pressão de injeção, porém ele é somente a
título de informação, não sendo utilizado para nenhum cálculo.
Por fim, tem-se as configurações do solucionador, trata-se do método que o
programa utiliza para fazer os cálculos e ainda existe a opção de incluir um processo
de coinjeção e controlar o perfil de temperatura do molde, no caso de ter um molde
aquecido, por exemplo.
2.4.2.3 Configurações de recalque
Dentro da configuração de recalque, é possível selecionar o tempo de
manutenção da pressão de injeção (tempo de recalque), o tempo de resfriamento puro
e, como configuração avançada, também é possível selecionar o perfil de pressão de
recalque. É possível variar esse perfil de pressão de acordo com a porcentagem de
preenchimento ou de acordo com o tempo. A Figura 9 mostra o menu de seleção
destas configurações.
Figura 9 - Configurações de preenchimento
Fonte: Obtido da simulação no SolidWorks feito pela autora.
36
2.4.2.4 Configurações do empenamento
A última configuração dos parâmetros de processo é a configuração de
empenamento. A Figura 10 apresenta o seu menu.
Figura 10 - Configurações do empenamento
Fonte: Obtido da simulação no SolidWorks feito pela autora
Existem apenas dois parâmetros a serem selecionados: a temperatura do
ambiente e a direção da gravidade.
A próxima aba de configurações trata das condições de contorno.
2.4.2.5 Condições de contorno
As condições de contorno variam de acordo com a malha selecionada. O Quadro
2 apresenta ambas as configurações disponíveis.
37
Quadro 2 - Condições de contorno malha casca versus malha sólida
Fonte: Autoria Própria adaptado da simulação no SolidWorks feito pela
autora.
As condições de contorno podem ser divididas em dois grupos: sistema de
resfriamento e local de injeção.
Fator de fluxo de injeção, modificar espessura local, temperatura da parede do
molde, elemento do líquido refrigerante, face de simetria, canal quente preenchido,
respiros de ar e limite de empenamento são as opções pelas quais é possível
determinar as condições de contorno para o sistema de resfriamento. Só é possível a
ativação de uma das opções [28]. O método é aplicado nos elementos da malha
selecionados.
O local de injeção é onde é feita a seleção do ponto de injeção. A Figura 11
mostra este menu.
38
Figura 11 - Configuração do local de injeção
Fonte: Obtido da simulação no SolidWorks feito pela autora.
Nesta etapa, é possível fazer a inclusão de pontos de injeção e válvulas de
controle. Os pontos de injeção são circulares e seu tamanho é definido pelo diâmetro
do cursor. Para posicioná-lo, é possível optar pela face, onde o programa centralizará
o ponto ou optar pelo nó específico em que se deseja colocá-lo. Também é possível
optar pelo posicionamento automático dos pontos de injeção, onde o programa fará
uma análise da peça e escolherá o local mais apropriado. Existe a possibilidade de
prever qual será o padrão de injeção e determinar, neste momento, se o local de
injeção se encontra na posição mais favorável.
Além disso, é nesta etapa que se seleciona qual bico injetará cada material,
quando se tem coinjeção e, a quantidade de cada material.
39
A última aba do menu antes das simulações é o consultor, nele, é possível
analisar a uniformidade da espessura da peça e realizar alterações caso seja
necessário.
2.4.2.6 Executando a simulação
Existem três formas de se executar as simulações, as quais são apresentadas
na Figura 12.
Figura 12 - Opções de execução da simulação
Fonte: Obtido da simulação no SolidWorks feito pela autora
Essas 3 opções existem somente na versão Premium, a mais completa. A versão
Standard, a mais simples, só executa a injeção. A versão Professional, segunda na
lista de versões, executa todos as 3 análises, porém não inclui a análise de
refrigeração [29]. A escolha de qual opção usar depende da quantidade de
informações que se deseja receber. Quanto mais fatores para simular, maior será o
tempo que levará para o programa executar a simulação.
2.4.2.7 Formato de apresentação dos resultados
Quando a simulação se encerra, o programa automaticamente abre a tela com
os resultados obtidos. A Figura 13 apresenta um exemplo destes resultados.
40
Figura 13 - Apresentação resultados SolidWorks Plastics
Fonte: Obtido da simulação no SolidWorks feito pela autora.
Juntamente com os resultados, o SolidWorks Plastics traz o “assistente de
resultados”, uma janela onde ele apresenta como foi a injeção da peça, informando
se é possível ou não injetar com os parâmetros selecionados e também indica quais
são as melhorias ou correções que podem ser feitas.
Todos os resultados são possíveis de serem exportados em formato de imagem
ou gif e um relatório também pode ser gerado em formato PDF ou Word. Esse relatório
contém todos os dados de entrada que o programa utilizou e todos os dados de saída
gerados.
41
3 PROCEDIMENTOS
No presente capítulo, são apresentados os procedimentos adotados para a
realização deste trabalho. Esses procedimentos foram divididos em duas etapas:
experimental e simulação.
A primeira etapa apresenta o método da injeção progressiva: procedimento
adotado para a realização dos ensaios experimentais de injeção, o qual resultou nos
parâmetros de processo que foram tomados como base para as simulações
computacionais.
A segunda etapa apresenta o modelo físico e numérico utilizado em ambas as
etapas e os parâmetros que variaram e os que não variaram durante a simulação
computacional em SolidWorks Plastics, assim como, a estratégia utilizada para definir
as condições de contorno das simulações.
3.1 Método da injeção progressiva
O método da injeção progressiva, também conhecido como “Short shot method”
apresentado por Barry et al. (Apud Busato [31]), consiste em ajustar os parâmetros de
injeção passo a passo. O método trabalha com o ajuste dos seguintes parâmetros de
processo: quantidade de material (dosagem); velocidade de injeção; pressão de
injeção; tempo de injeção, e; tempo de recalque, tal como apresentado na Figura 14.
42
Figura 14 - Esquema do processo passo a passo do método de injeção
progressiva
Fonte: Autoria Orientadora feito a partir do texto de Busato (2004).
Curso de Dosagem
•Pressão de recalque zero.
•Tempo de recalque zero.
•velocidade de injeção de média para alta.
•Tempo de injeção em um valor maior do que o necessário para preencher a cavidade do molde.
•Pressão de injeção em um tempo maior do que a necessária para preencher a cavidade do molde.
•Ajuste do valor do curso da rosca (dosagem) para um valor maior do que o necessário para preencher a cavidade do molde.
Velocidade de Injeção
•A velocidade de injeção deve ser reduzida para um valor menor que o necessário para o preenchimento de 95% da peça.
•A velocidade deve ser aumentada gradualmente até que a massa se mantenha em 95% da massa da peça completa.
•Caso haja aparecimento de sinais de queima ou descoloração na peça a velocidade de ser diminuida.
•Caso apareça sinal de marca de fluxo, a velocidade deve ser aumentada.
•Não deve existir colchão
Pressão de Injeção
•A pressão de injeção deve ser reduzida para um valor menor que o necessário para o preenchimento de 95% da peça.
•A pressão de injeção deve ser aumentada gradualmente até que a massa se mantenha em 95% da massa da peça completa.
•Não deve existir colchão.
Tempo de Injeção
•O tempo de injeção deve ser reduzida para um valor menor que o necessário para o preenchimento de 95% da peça.
•O tempo de injeção deve ser aumentada gradualmente até que a massa se mantenha em 95% da massa da peça completa.
•Não deve existir colchão.
Tempo de Recalque
•O curso de dosagem deve ser aumentado entre 5 a 10% para deixar um colchão de ao menos 5%.
•A peça injetada deve continuar incompleta com 95% da massa da peça completa.
•A pressão de recalquedeve ser ajustada para 50 a 60% da pressão de injeção encontrada na etapa de ajuste.
•A peça injetada deve permanecer incompleta com 95% da massa da peça completa.
•O tempo de recalque deve ser gradualmente aumentado até o que não haja aumento significativo da massa da peça completa.
43
Para iniciar o método, foram estabelecidos parâmetros de injeção indicados na
Tabela 1, no qual os valores em negritos foram os ajustados pelo método. O perfil de
temperatura no cilindro de aquecimento foi 230, 230, 220 e 210 °C, visto que a
temperatura de injeção indicada para este material é 230 °C segundo a biblioteca do
SolidWorks Plastics.
Tabela 1 - Parâmetros iniciais para experimento de injeção
Parâmetros Condições Iniciais
Perfil de temperatura 230 / 230 / 220 / 210 °C
Pressão de injeção (Pi) 90 MPa
Tempo de injeção (ti) 3s
Velocidade de injeção (vi) 20 mm/s
Pressão de recalque (Pr) 0
Tempo de recalque (tr) 0
Tempo de resfriamento 3 s
Temperatura do molde 20º C
Fonte: Autoria Própria
O primeiro parâmetro regulado é a dosagem. Trata-se da quantidade de material
que será separado dentro do canhão da injetora para ser empurrado para dentro da
cavidade do molde. Para o cálculo dessa quantidade de material, normalmente,
também deve-se levar em consideração a quantidade de material a ser utilizada na
fase de recalque, assim como, alguma sobra de material. Essa sobra é denominada
colchão. O colchão representa 5% do material a mais do definido na dosagem para
preencher a cavidade, mas que não é utilizado nesta etapa.
Assim sendo, nesse primeiro ajuste, a etapa de recalque não é considerada e os
parâmetros para a etapa de injeção são maiores do que as necessárias para
preencher a cavidade do molde, tal como exibido na Tabela 1, o que exige um
conhecimento prévio do molde ou muita experiência. Peças são injetadas e o peso
conferido, este deve aumentar ou diminuir até atingir de 95 a 98% do preenchimento
completo, no experimento se optou por 95%, para isso foram feitos incrementos no
44
volume de material pelo aumento do cursor do fuso, sem colchão, ou seja, o fuso deve
estar no seu fim de curso neste estágio. Ao final desta etapa ficou definida a dosagem
do material sem colchão.
Na segunda etapa, a velocidade de injeção é ajustada, num primeiro momento
é diminuída significativamente e depois gradualmente aumentada até que o valor de
95% da massa da peça completa seja atingido. Se houver próximo ao ponto de injeção
queima ou descoloração, ou ainda, se a peça ficar muito mole após a extração esta
deve diminuir mais, de modo sumir com o problema. Entretanto, se próximo do ponto
de injeção houver marcas de fluxo (marca fria), então a velocidade de injeção deve
ser reduzida. Ao final desta etapa não deve haver colchão e a peça deve continuar
incompleta.
O ajuste do tempo de injeção da mesma forma que o ajuste da velocidade deve
ser diminuído significativamente e depois aumentada gradualmente, ao final, a peça
incompleta tem que se manter em 95% em massa do preenchimento na cavidade,
sem deixar colchão.
Antes de ajustar o tempo de recalque o cursor da máquina é ajustado para 5 a
10% a mais do que o definido na primeira etapa de dosagem. No presente trabalho, o
aumento foi de 10% e foi deixado um colchão de 5%. A peça injetada deve parecer
com a anteriormente injetada, porém com colchão, já que o tempo e a pressão de
recalque estão zerados. A pressão de recalque pode ser ajustada para 50 ou 60% da
pressão de injeção, sendo 60% a escolhida. A peça injetada ainda deve se manter
com 95% da massa. Somente então, o tempo de injeção deve ser aumentado até que
não haja aumento significativo da massa na peça completa.
O resultado obtido desse procedimento foi utilizado como base para as
simulações realizadas no programa SolidWorks Plastics para efeito comparativo.
3.2 Injetora e Molde
Para a realização do presente estudo, o Núcleo de Prototipagem e Ferramental
(NUFER) da UTFPR permitiu o uso da injetora, concedeu o molde bipartido usado
para injeção em termoplástico e, forneceu o modelo 3D utilizado para a sua confecção.
O desenho 2D do modelo utilizado nas simulações encontra-se no Apêndice A.
45
As moldagens por injeções foram realizadas em uma máquina injetora Hatian
HTF58XB, cujas especificações técnicas encontram-se no Quadro 3.
Quadro 3 - Especificações técnicas injetora Haitian HTF58X B
Propriedade Unidade Grandeza
Diâmetro do parafuso mm 30
Razão do parafuso L/D 21
Volume de injeção teórico (PS) cm³ 88
Peso de injeção g 80
Velocidade de injeção mm/s 127,4
Capacidade de plastificação g/s 9,3
Pressão máxima injeção MPa 184
Velocidade da rosca rpm 0-225
Força de fechamento do molde kN 580
Curso abertura mm 270
Espaço entre colunas mm 310x310
Tamanho máximo do molde mm 320
Tamanho mínimo do molde mm 120
Curso de extração mm 70
Força de extração kN 22
Pontos de extração PC 1
Pressão máxima bomba MPa 17,5
Motor principal kW 11
Potência de aquecimento kW 5,1
Dimensões da máquina m 404x1,0x1,72
Peso da máquina T 2,5
Capacidade do funil kg 25
Capacidade de óleo L 140
Fonte: Catálogo Haitian (2010) [30].
O molde, apresentado na Figura 15, foi fabricado em aço AISI 1045 e é composto
por duas cavidades sendo elas corpos de prova de tração (segundo a norma ASTM
D638) e de flexão (segundo a norma ASTM D790).
46
Figura 15 - Molde corpos de prova
3.3 Material
A matéria-prima polimérica usada é um compósito termoplástico com carga
mineral denominado HOSTACOM TRC 160N da Lyondell Basell. Suas especificações
técnicas dadas pelo fornecedor encontram-se no Quadro 4.
Quadro 4 - Especificações técnicas do material HOSTACOM TRC
PROPRIEDADES REOLÓGICAS
Índice de fluidez, MFI 14 g/10min
MFI Temperatura 230 °C
MFI Carga 2,16 kg
PROPRIEDADES MECÂNICAS
Tensão de escoamento 18 MPa
Res. Impacto Charpy c/ entalhe, +23°C 45 kJ/m²
Res. Impacto Charpy c/ entalhe, -30°C 4,5 kJ/m²
PROPRIEDADES TÉRMICAS
Temperatura de deflexão térmica, 1,80MPa 53 °C
Temperatura de deflexão térmica, 0,45MPa 90 °C
OUTRAS PROPRIEDADES
Densidade 1010 kg/m³ Fonte: Hostacom TRC 160N Data Sheet [32].
3.4 Simulação
Com o modelo 3D pronto, é possível iniciar a simulação. Para tal, foi utilizado o
programa SolidWorks Plastics 2017 na versão premium em um computador com
processador intel i3, 4Gb de memória RAM, HD de 1Tb e Windows 10.
47
A Figura 16 mostra a tela inicial do programa SolidWorks Plastics.
Figura 16 - Tela inicial do programa SolidWorks Plastics
Fonte: Obtido da simulação no SolidWorks feito pela autora
3.4.1 Definição do Tipo de Malha
A simulação se inicia com a seleção do tipo de malha, assim foram feitas
simulações com a malha casca no modo automático e manual com aberturas de malha
de 1 e 4 mm. Da mesma forma foi testada a malha sólida automática e manual com
diferentes tipos de abertura (entre 10mme 0,5mm). Uma comparação quanto ao
número de nós e quantidade de elementos entre a malha casca e malha sólida foi feita
no modo automático.
3.4.2 Definição dos parâmetros para simulação
A partir dos parâmetros ótimos encontrados na execução do método da injeção
progressiva, esses foram variados em uma mesma proporção para cima e para baixo
do valor encontrado e, testados individualmente com base na injeção ideal. A Tabela
2 apresenta os valores dos parâmetros variados nas simulações. A simulação na
condição automática do programa representa a simulação de número 0, sem seleção
prévia dos parâmetros de injeção e, o resultado do método da injeção progressiva é a
de número 1.
48
Tabela 2 - Parâmetros de processo que variaram na simulação
PARÂMETROS
NÚMERO DA SIMULAÇÃO
0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11
Pressão injeção (MPa) 15,83 30 50 10 30 30 30 30 30 30 30 30
Tempo injeção (s) 1,92 2,5 2,5 2,5 4,5 0,5 2,5 2,5 2,5 2,5 2,5 2,5
Velocidade injeção (cc/s) 15,01 17 17 17 17 17 27 7 17 17 17 17
Tempo recalque (s) 5,43 2 2 2 2 2 2 2 4 0 2 2
Ponto de alternância (%) 95 95 95 95 95 95 95 95 95 95 100 90
Fonte: Autoria Própria
Como o programa não realiza a análise da máquina injetora, não foi possível ter
como variável a inclusão do colchão, portanto, foi escolhido variar o ponto de
alternância entre a fase de injeção e a fase de recalque. Para tal, foi adotado o valor
de 95% como padrão, pois foi a porcentagem de preenchimento que o método da
injeção progressiva buscou alcançar e o mesmo foi variado entre 100% e 90%.
Para realizar a variação da velocidade de injeção, se faz necessário a utilização
da função de perfil de vazão do SolidWorks Plastics e para tal, adotou-se a opção de
valor absoluto, variando a vazão em função do tempo de injeção. O mesmo se faz
necessário para a pressão de recalque a qual é ajustada por meio do perfil de pressão.
Os parâmetros que não foram variados nas simulações estão informados no Quadro
5.
Quadro 5 - Parâmetros de processo que não variaram na simulação
PARÂMETROS CONDIÇÃO
MALHA Sólida automática
POLÍMERO PP HOSTACOM TRC160N
MOLDE Aço 1045
TEMPERATURA DO MOLDE 20ºC
DIÂMETRO DO PONTO DE INJEÇÃO 6mm
PRESSÃO DE RECALQUE 60% da pressão de injeção
Fonte: Autoria Própria
A seleção do polímero, material do molde, temperatura do molde, tamanho do
ponto de injeção e a pressão de recalque, foram selecionados com base nos materiais
e condições utilizados no procedimento experimental.
49
4 RESULTADOS
Nesta seção, são apresentados, primeiramente, os resultados experimentais e
na sequência os resultados das simulações com base na metodologia explicada no
Capítulo 3.
4.1 Método da injeção progressiva
Para garantir uma confiabilidade dos resultados experimentais, foram injetadas
pelo menos 7 amostras de cada condição estabelecida, sendo as duas primeiras
descartadas e para controle, as 5 peças remanescentes foram pesadas em balança
analítica com precisão centesimal e realizada a média aritmética entre elas. Da
mesma maneira, foram injetadas, em condições ideais já conhecidas, 5 peças
completas para ter como referência o peso de uma peça 100% preenchida. Estas,
tiveram como média o valor de 18,03g.
O início das simulações se deram com os parâmetros de injeção estabelecidos
na Tabela 1 no Capítulo 3 Procedimentos, no qual os valores em negritos foram os
ajustados pelo método da injeção progressiva.
O primeiro parâmetro testado foi a dosagem, nesse primeiro momento, foram
definidos o tempo e a pressão de recalque iguais a zero, portanto, esta etapa do ciclo
de injeção não foi realizado e também não foi permitido nenhuma quantidade de
colchão, ou seja, 100% da matéria-prima preparada pela máquina injetora foi
empurrada para dentro das cavidades do molde. No segundo teste, a peça injetada
com 18,03g apresentou preenchimento do molde, assim foi escolhido como referência
para o cálculo da percentagem, tal como mostrado na Tabela 3. O teste 4 foi o que
apresentou o valor mais próximo de 95% que foi definido como a meta. Optou-se,
então, por seguir com 27 centímetros cúbicos (cc) de material na dosagem, pois o
mesmo encontrava-se dentro da faixa solicitada pelo método (de 95% a 98%
preenchida).
50
Tabela 3 - Resultados em valores médios da etapa de dosagem do método de
injeção progressiva
Teste Dosagem* (cc) Massa (%)
1 25 89
2 30 100
3 28 99
4 27 96
* cc = centímetro cúbico
Fonte: Autoria Própria
O segundo passo foi o ajuste da velocidade de injeção. Se fez necessário reduzir
a velocidade de injeção neste estágio, que era inicialmente de 20 mm/s, para depois
aumentar gradualmente, os resultados estão apresentados na Tabela 4. Foram,
então, testadas 3 configurações variando a velocidade de injeção, visando manter a
porcentagem de preenchimento da peça em torno de 95%. Como pode ser visto na
Tabela 2, o Teste 1 apresentou a velocidade de 10 mm/s com 84% de preenchimento
e, o Teste 2, 15 mm/s com 94% foram descartados por estar abaixo de 95%, apenas
o teste 3 com velocidade de injeção de 17 mm/s atingiu 95%. Assim sendo, a
velocidade escolhida foi de 17 mm/s, que não apresentou queima nem descoloração
do material próximo ao ponto de injeção, não estava muito mole após a extração, nem
tão pouco apresentou marcas de fluxo próximo ao ponto de injeção.
Tabela 4 - Resultados em valores médios da etapa de velocidade de injeção do
método de injeção progressiva
Teste Velocidade de Injeção (mm/s) Massa (%)
1 10 84
2 15 94
3 17 95
Fonte: Autoria Própria
51
O terceiro passo diz respeito a pressão de injeção. No procedimento indicado
pelo método, deve-se iniciar os testes selecionando uma pressão insuficiente para
preencher o molde e, aumentar a mesma gradativamente até que a peça esteja,
novamente, entre 95% e 98% preenchida e com aspecto similar ao apresentado na
configuração selecionada no passo um e dois (27cc de material para dosagem e
velocidade de injeção de 17 mm/s, e o restante dos parâmetros idênticos aos
selecionados inicialmente). Como a pressão necessária para não preencher a
cavidade é desconhecida, o procedimento inverso foi adotado: reduziu-se a pressão
de injeção gradativamente até que a porcentagem de preenchimento estivesse abaixo
de 95%. Foram necessárias seis diferentes configurações para atingir o objetivo, as
quais são apresentadas na Tabela 5. A pressão mais alta alcançada ainda mantendo
95% de preenchimento, foi 50 MPa e, portanto, foi o valor inicialmente selecionado
para dar sequência. A menor pressão na qual não houve alteração significativa no
valor de 95% de preenchimento foi 30 MPa.
Tabela 5 - Resultados em valores médios da etapa de pressão de injeção do
método de injeção progressiva
Teste Pressão de Injeção (MPa) Massa (%)
1 70 95%
2 60 95%
3 50 95%
4 40 94%
5 30 94%
6 20 71%
Fonte: Autoria Própria
O quarto passo do método trata do tempo de injeção, cujos resultados são
mostrados na Tabela 6. Com a pressão de injeção definida como 50 MPa, a
velocidade foi reduzida para 2s, que apresentou 93% da massa da peça completa,
assim o tempo foi aumentado até 2,5 s, que atingiu 94%. Ainda não sendo o resultado
esperado, testou-se, mais uma vez, a mesma configuração escolhida no passo 3 com
3 s de tempo de injeção, que resultou em 94% de preenchimento. Com esses
52
resultados, é possível perceber que na condição ensaiada de 50 MPa, uma variação
de 0,5 s no tempo de injeção, na máquina injetora usada, não era significativa,
mantendo o resultado de 2,5 segundos em 3 segundos. Nesta situação, foi realizada
mais uma injeção com tempo de 5 segundos, entretanto, houve um aumento de
apenas 1% com mais 2 s de injeção. As medições foram consideradas muito similares,
confirmando que o valor de 3 segundos estava apropriado. Decidiu-se, então, manter
o tempo de injeção em 3 segundos e seguir com o processo experimental do método
de injeção progressiva.
Tabela 6 - Resultados em valores médios da etapa de tempo de injeção do
método de injeção progressiva
Teste Tempo de Injeção (s) Massa (%)
1 2 93
2 2,5 94
3 3 94
4 5 95
Fonte: Autoria Própria
O quinto e último passo é o ajuste do tempo de recalque. As configurações
anteriormente apresentadas não continham a operação de recalque. Entretanto, antes
de iniciar a inclusão dessa etapa no processo, segundo o método, faz-se necessário
reconfigurar a dosagem do material para que possa existir um colchão que será
utilizado no recalque. Deve-se aumentar em 5% a 10% a dosagem, o valor escolhido
foi 10%, ou seja, 30 cc, o que deveria garantir o preenchimento de 100% das
cavidades e um colchão de pelo menos 5% deste valor. Na sequência, o método indica
um teste, a injeção com os mesmos parâmetros selecionados na etapa anterior (sem
pressão ou tempo de recalque), o resultado deve ser peças com as mesmas medidas
e aparências.
Contudo, ao realizar o Teste 1 da Tabela 7, com os parâmetros de injeção de
pressão de injeção de 50MPa, tempo de injeção igual a 3 s e pressão e tempo de
recalque iguais a zero, resultou em peças com média de 100% de preenchimento, o
que foge do objetivo do método. Levando em consideração que a máquina não é
53
sensível a pequenas modificações de tempo de injeção, conforme indicado no passo
quatro, decidiu-se retornar ao passo 3 e alterar a pressão de injeção escolhida de 50
MPa para 30 MPa, a menor pressão com 94% de preenchimento. No Teste 2, a média
dos valores encontrados de 99% de preenchimento ainda é maior que o esperado.
Como a pressão tinha sido bastante reduzida, optou-se por alterar o tempo de injeção
de 3 s, pois parecia muito longo, assim foram testados os tempos de 2 e 2,5 s, Testes
3 e 4, respectivamente, com resultados de 82% e 96%. Consequentemente, o tempo
de injeção ideal foi alterado para 2,5 s, visando se aproximar da zona entre 95% e
98% de preenchimento das cavidades.
Tabela 7 - Resultados em valores médios da etapa de tempo de recalque do
método de injeção progressiva
Teste Pressão de
Injeção (MPa)
Tempo de
Injeção (s)
Pressão de
Recalque (MPa)
Tempo de
Recalque (s)
Massa
(%)
1 50 3 0 0 100
2
30
3 99
3 2 0 0 82
4 2,5 96
5
2,5 18
0 96
6 1 99,5
7 1,5 99,8
8 2 100
Fonte: Autoria Própria
Desta forma, após a redução da pressão de injeção no passo três e do tempo de
injeção no passo quatro, o método da injeção progressiva foi seguido normalmente.
O quinto passo solicita a definição do tempo de recalque, partindo de zero e
aumentando gradativamente até que encontre uma peça completa, no qual a cavidade
do molde seja 100% preenchida, no presente trabalho optou-se por um tempo em que
as cinco amostras obtidas no teste obtivessem essa condição, no caso o Teste 8 com
2 s de tempo de recalque.
54
O método da injeção progressiva, resultou nos parâmetros de injeção indicados
em negrito na Tabela 8.
Tabela 8 - Parâmetros de processo resultantes do método da injeção
progressiva
Parâmetros Condições finais
Perfil de temperatura 230 / 230 / 220 / 210 °C
Dosagem 30 cc
Pressão de injeção (Pi) 30 MPa
Tempo de injeção (ti) 3s
Velocidade de injeção (vi) 17 mm/s
Pressão de recalque (Pr) 18 MPa (60% de Pi)
Tempo de recalque (tr) 2s
Tempo de resfriamento 3 s
Temperatura do molde 20º C
Fonte: Autoria Própria
Esses parâmetros foram utilizados para dar início às simulações no programa
SolidWorks Plastics.
4.2 Definição do tipo de malha
Para o cálculo do preenchimento do molde, o SolidWorks Plastics utiliza o
método dos elementos finitos para resolver as equações das pressões de processo.
Todas as equações utilizadas pelo programa são explicadas por Miranda (2017). Esse
método de cálculo, necessita que uma malha de elementos seja criada sob a peça
para que o número de nós e elementos criados seja utilizado no cálculo. É de extrema
importância a seleção/criação da malha, pois é ela que vai determinar o quão preciso
são os resultados retornados pelo programa.
As malhas podem ser criadas de duas formas principais: casca ou sólida e dentro
de cada uma delas, é possível gerar a malha manualmente ou automaticamente. Cada
55
uma das formas tem um objetivo e retorna um resultado diferente os quais são
apresentados na sequência.
4.2.1 Malha Casca
A malha casca é a mais simples que o programa pode gerar. Ela leva em
consideração somente o exterior (a “casca”) do modelo 3D e não sua espessura. Este
tipo de estrutura é recomendado para uso em peças com espessuras menores que
3mm, na qual a sua área de seção transversal é muito menor que o tamanho da peça
em si (exemplo: chapas) [28].
A malha casca automática só permite a seleção de um único corpo sólido
conforme aviso apresentado na imagem da Figura 17. Isso quer dizer que não é
possível simular mais de uma cavidade e nem o canal de alimentação/distribuição.
Portanto, foi simulado, juntamente com as cavidades, os canais de alimentação e
distribuição como se o conjunto todo fosse uma única cavidade no molde.
Nela, também não é possível selecionar o tamanho da malha (refinamento dos
elementos que compõem a malha), porém, o programa já seleciona uma medida que
melhor representa o corpo em questão. A Figura 18 mostra uma malha de casca
gerada automaticamente pelo programa e a Figura 19 destaca o detalhamento da
malha selecionada pelo programa e apresentada na Figura 18.
Figura 17 - Mensagem de múltiplos corpos na malha automática
Fonte: Obtido da simulação no SolidWorks feito pela autora
56
Figura 18 - Malha casca automática
Fonte: Obtido da simulação no SolidWorks feito pela autora
Figura 19 - Detalhamento canto do modelo 3D com a malha de casca automática
Fonte: Obtido da simulação no SolidWorks feito pela autora
A linha curva presente na parte inferior do modelo 3D mostrado na Figura 8
representa o formato real do modelo utilizado. É possível observar que com a malha
escolhida não se consegue fazer a curva perfeita do modelo, porém, chega bem
próximo ao ideal. Esse refinamento da malha determina o quanto a simulação vai
conseguir se aproximar do que é encontrado na prática. Vale ressaltar que quanto
57
mais refinada a malha for, maior será o tempo levado para o programa executar a
simulação.
A malha de casca manual, permite a seleção de mais de um corpo sólido,
entretanto, esses corpos são tratados somente como cavidades, não sendo possível
a indicação ou criação de canais. Nessa opção, já é possível selecionar o tamanho do
elemento da malha. A Figura 0 mostra uma comparação entre uma malha de casca
criada manualmente com elementos de 4 mm e uma malha de casca criada
manualmente com elementos de 1 mm.
Figura 20 - Comparação malha casca manual de 4 mm versus malha casca
manual de 1 mm
Fonte: Obtido da simulação no SolidWorks feito pela autora
Na Figura 20, fica evidente a diferença de densidade de elementos presente em
uma malha menos refinada e uma mais refinada. Também é possível observar como
a malha da esquerda (4 mm) não conseguiu descrever os cantos do modelo 3D
enquanto a malha da direita (1 mm) descreveu perfeitamente a curva.
Dependendo da geometria da peça a ser analisada, as vezes um refinamento
tão grande não se faz necessário e tomará muito tempo. O modelo 3D apresentado
58
anteriormente, é de geometria simples, portanto, poderíamos utilizar uma malha
menos refinada, porém, como já mostrado, a malha mais grosseira não consegue
representar os cantos das peças.
Dentro da malha manual, o Solidworks Plastics oferece a opção de fazer um
refinamento somente em algumas regiões. Isso permite manter uma malha mais
grosseira e fazer um refinamento em regiões de furos, curvas, ponto de injeção etc.,
onde a geometria da peça é um pouco mais complexa e se faz necessária uma análise
mais detalhada. A Figura 21 mostra um exemplo desse refinamento de malha.
Figura 21 - Exemplo de malha de 4 mm com refinamento local de 1 mm
Fonte: Obtido da simulação no SolidWorks feito pela autora.
Para realizar as simulações, as cavidades juntamente com os canais de
distribuição e alimentação foram considerados como um único corpo e foi utilizado
como parâmetros uma simulação inicial com os valores gerados automaticamente
pelo programa, cujos valores dos parâmetros estão apresentados na Tabela 9 e10 e
os resultados podem ser vistos na Tabela 11. A simulação com uma malha tipo casca
gerada automaticamente resultou num valor de massa e de tempo de CPU entre as
encontradas para as malhas com 2,5 e 1 mm, com o mesmo tempo de preenchimento
de cavidade.
Tabela 9 - Parâmetros selecionados para análise das malhas
Parâmetros selecionados pelo programa
59
Tempo de preenchimento 1,83 s
Temperatura de fusão 230 ℃
Temperatura do molde 20 ℃
Limite de pressão de injeção 100 MPa
Ponto de alternância 100 %
Fonte: Autoria Própria
A partir da Tabela 10 foi construído o gráfico na Figura 22, na qual é possível
perceber que a maior diferença de 10% entre as massas ocorre entre 5 e 2,5 mm de
tamanho de aresta da malha com abertura em forma de triângulo, em relação à uma
malha mais grossa, entre 10 e 5 mm, a diferença da massa é de 3,6%, em relação à
uma malha menor, entre 2,5 e 1 mm cai para 2,5% e entre 1 e 0,5 mm para 0,5%. Já
o tempo de CPU para simulações com malha de 2,5 mm é de 0,9 min, aumentando
significativamente para malhas menores que 1 mm, passando de 500 s (8 min). Na
Tabela 11, também é possível perceber que para malhas menores que 2,5 mm não
há diferença no tempo de preenchimento da cavidade. Assim para verificar a influência
de um refinamento localizado de 1mm em uma malha de 2,5 mm, foi feito uma
simulação, na qual resultou em uma diminuição significativamente do tempo de CPU
em relação a malha de 1 mm, porém em apenas um aumento de 0,05% da quantidade
de massa em relação à obtida com a malha 2,5 mm.
Tabela 10 - Resumo seleção malha casca
MA
LH
A
AR
ES
TA
TR
IÂN
GU
LO
[mm
]
RE
FIN
AM
EN
TO
NÚ
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[s]
(sim
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NC
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U A
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ÇA
MA
SS
A [g
]
TE
MP
O D
E
PR
EE
NC
HIM
EN
TO
[s]
Casca Automática
- - 10038 5021 101,17 Sim 20,7 1,83
60
Casca manual
10 Sem 664 334 22,75 Sim 18,2 1,8
Casca manual
5 Sem 1548 776 28,66 Sim 18,7 1,61
Casca manual
2,5 Sem 5854 2929 52,55 Sim 20,4 1,83
Casca manual
1 Sem 35910 17957 473,32 Sim 20,9 1,83
Casca manual
0,5 Sem 143590 71797 3427,1 Sim 21 1,83
Casca manual
2,5 1mm 8712 4358 83,47 Sim 20,5 1,83
Fonte: Autoria Própria
Apesar de parecer bastante detalhada a malha de casca, ela ainda só está
considerando o exterior da peça. Para um detalhamento ainda maior, se faz
necessário uma malha sólida para comparar com a peça real com os canais de
alimentação e distribuição.
Figura 22 - Correlação entre massa do corpo de prova e o tempo de CPU com o
aumento do tamanho da malha
Fonte: Autoria Própria.
0
500
1000
1500
2000
2500
3000
3500
4000
16,517
17,518
18,519
19,520
20,521
21,5
10 5 2,5 1 0,5
Te
mp
o d
e C
PU
(s)
Ma
ssa
(g
)
Tamanho da aresta (mm)
Massa (g) Tempo de CPU (s)
61
4.2.2 Malha Sólida
A malha sólida, diferentemente da malha casca, possui uma segunda etapa de
geração de malha. Trata-se da malha interna. Independentemente do modo
selecionado, automático ou manual, neste modelo de malha, a primeira etapa é
sempre a geração da malha casca.
No caso da malha sólida automática, o programa apresenta a malha pronta da
mesma maneira que realizado na malha casca automática, porém com um número
maior de elementos, pois agora toda o interior da peça está sendo levado em
consideração. A Figura 23 apresenta a quantidade de nós e elementos de uma malha
de casca manual com elementos de 10mm em comparação com uma malha sólida
manual com elementos tetraédricos de 10mm.
62
Figura 23 - Comparação malha casca versus malha sólida
Fonte: Obtido da simulação no SolidWorks feito pela autora
Na Figura 23 é possível perceber que a abertura da malha externa nos dois tipos
de malha é igual, a única coisa que difere é a quantidade de nós e elementos gerados,
que é maior no tipo de malha sólida.
Na malha sólida manual, é possível escolher o formato do elemento: tetraedro
ou hexagonal para a malha externa e para a malha interna, ainda existem as opções
híbrido (tetraedro e hexagonal juntas), voxel e movimento. O Quadro 6 apresenta os
diferentes tipos de malhas externa e interna que se pode gerar.
63
Quadro 6 - Variações do modelo de malha sólida manual
Fonte: Autoria própria obtido da simulação no SolidWorks feito pela
autora.
Dentro da seleção da malha manual, também é possível indicar no desenho 3D
o que representa cavidade e o que representa os canais de
alimentação/distribuição/refrigeração, para o programa somente considerar a peça na
sua análise.
Caso o desenho 3D seja somente da peça, o SolidWorks Plastics também
fornece uma ferramenta de criação de canais de alimentação e distribuição. Nesta
etapa também é possível indicar onde estão os canais de resfriamento e/ou criá-los,
assim como é feito com os canais de alimentação e distribuição
Por último, ainda existe a opção de criar a malha para o molde. Para tanto, é
gerado um bloco incorporando a peça. É possível ajustar todas as dimensões deste
bloco e quando terminado, a geração da malha funciona da mesma forma que para a
peça.
Terminado a geração da malha, o programa abre todas as opções de parâmetros
para simulação do processo de injeção. Os parâmetros disponíveis variam com o
pacote do SolidWorks Plastics e, também, em função da malha escolhida. A malha
sólida possui mais opções de configurações e análise de resultados em comparação
com a malha casca.
A malha sólida automática foi selecionada a partir de uma série de simulações
realizadas variando todos os formatos de malha desde um valor grosseiro de tamanho
64
de elemento (10mm) até um valor mínimo de 5 mm, pois a massa entre os diferentes
tamanhos de malhas, se manteve a mesma. Para tais simulações, foi utilizado como
parâmetros uma simulação inicial com os valores gerados automaticamente pelo
programa. Esses valores foram mantidos sendo a única variável o formato e tamanho
da malha aplicada.
Para determinar qual a malha ideal para o trabalho, foram analisadas as
variações dos resultados e principalmente o tempo levado para o computador realizar
a simulação. A Tabela 11 apresenta um resumo dos resultados encontrados. As
simulações que não preencheram completamente a cavidade foram descartadas, por
ficarem com a malha aberta, quais sejam: as feitas com malha sólida manual tipo
triângulo de tamanho de aresta maior do que 5 mm e a de 5 mm com formato tetraedro
tanto na casca, quanto no preenchimento. Esta malha aberta pode ser vista na Figura
24. Para as simulações com formato de casca tetraédrico somente a com formato de
preenchimento híbrido preencheu completamente a cavidade da peça, mas com
resultado de massa inferior ao da simulação com formação de malha automática, que
foi tomada como referência. As simulações com formato de casca hexaédrico e
preenchimentos Voxel e Movimento apresentaram valores de massa e de tempo de
preenchimento de cavidade idênticas às da geração de malha automática, porém com
tempos maiores de CPU.
Figura 24 - Malha aberta
Fonte: Autoria própria obtido da simulação no SolidWorks feito pela
autora.
65
Para a realização das variações propostas, não é possível utilizar a malha de
casca pois ela não retorna o gráfico de análise de massas. Dentre as malhas sólidas
que preencheram a cavidade da peça, não houve uma variação significativa nos
resultados de massa e tempo de injeção, entretanto, a malha sólida automática foi
simulada pelo computador em menor tempo e por isso foi escolhida a malha sólida
automática para a realização dos testes.
Tabela 11 - Resumo seleção malha sólida
MA
LH
A
AR
ES
TA
[m
m]
RE
FIN
AM
EN
TO
FO
RM
AT
O C
AS
CA
FO
RM
AT
O
PR
EE
NC
HIM
EN
TO
PR
EE
NC
HE
U A
PE
ÇA
MA
SS
A [g
]
TE
MP
O D
E
PR
EE
NC
HIM
EN
TO
[s]
TE
MP
O D
E C
PU
[s]
(sim
ula
çã
o)
Sólida automática
- - - - Sim 23,4 1,8 239,6
Sólida manual
10 Sem Tetraedro Híbrido Não (malha fica aberta)
2,65 0,29 -
Sólida manual
8 Sem Tetraedro Híbrido Não (malha fica aberta)
- - -
Sólida manual
5 Sem Tetraedro Híbrido Sim 18,7 4,59 19,5
Sólida manual
5 Sem Tetraedro Tetraedro Não (malha fica aberta)
- - -
Sólida manual
5 Sem Hexaedro Voxel Sim 23,4 1,81 396,3
Sólida manual
5 Sem Hexaedro Movimento Sim 23,4 1,81 415,1
Fonte: Autoria Própria
4.3 Simulação de injeção variando os parâmetros
A partir de uma malha sólida gerada automaticamente pelo SolidWorks Plastics,
em função da geometria da peça, foram realizadas 11 diferentes simulações da
condição automática, considerada a simulação de número 0, sendo a de número 1 a
66
condição encontrada pelo método de injeção progressiva, conforme apresentado na
Tabela 2 do Capítulo 3 Procedimentos. Os resultados encontram-se na Tabela 12.
Tabela 12 - Resultados das simulações
Fonte: Autoria Própria
Comparando a simulação na condição automática, simulação número 0 da
Tabela 12, com a melhor condição encontrada pelo método de injeção progressiva,
simulação número 1 da Tabela 12, nota-se que o tempo de injeção foram muito
próximos, 1,91 e 2 segundos, respectivamente. Entretanto, a maior pressão
encontrada na simulação foi de 15,96 MPa e a encontrada pelo método experimental
foi 30 MPa. A vazão encontrada pela simulação foi maior, de 15,02 cc/s, em relação
à experimental de 13,5 cc/s (calculado a partir da velocidade no tempo de injeção)
com velocidade de 17 mm/s.
Visualizando a curva de pressão da simulação 0, Gráfico 1, é possível notar que
o padrão do perfil de pressão gerado automaticamente é uma curva constituída de
retas com diferentes inclinações. Geralmente, numa situação real, no início da etapa
de injeção o aumento de pressão é lento constituindo a fase de preenchimento e a
segunda é mais rápida denominada fase de pressurização. Na simulação, a “pressão
67
ao final do preenchimento” deve indicar a pressão requerida para o molde inteiro,
incluindo: o canal de alimentação e de distribuição, a entrada da cavidade e a
cavidade; visto que está tudo representado na malha, o programa a denomina de
“pressão da injeção obrigatória” esse valor foi de 12,61 MPa, segundo o resumo de
fluxo do programa apresentado na Tabela 12. Ao final da etapa de injeção a pressão
na entrada da bucha atingiu um pico em 15,83 MPa, que é denominada pelo programa
como a “pressão máxima de entrada”. Porém, o resumo de fluxo indica “a pressão no
tempo de alternância da embalagem” como 15,93, o Gráfico 1 obtido do programa
sinaliza que o final da fase de escoamento (flow) e o início do empacotamento ou
recalque (pack) que foi na pressão de 12,61 MPa. Na simulação automática, a etapa
de recalque apresenta dois platôs com pressões diferentes, uma a 80% igual a 12,61
MPa, e outra na metade do tempo de recalque de 40% da pressão máxima alcançada
na etapa de injeção é de aproximadamente 6 MPa. Entretanto, estes valores podem
ser mudados. Nas outras simulações, nas quais a pressão de recalque e o tempo de
recalque foram estabelecidos, só haverá um único platô na etapa de recalque.
Gráfico 1 – Pressão máxima de entrada versus tempo – Simulação 0
Fonte: Obtido da simulação no SolidWorks feito pela autora
O valor padrão para tempo de injeção é estimado baseado no volume da
correlação PVT (pressão, volume e temperatura) e na temperatura de fusão do
68
material e na temperatura do molde. Essas informações são usadas para determinar
o quanto o plástico vai encolher à medida que resfria durante a moldagem por injeção.
Na etapa de injeção o preenchimento da cavidade é controlado pela taxa de
fluxo, assim a pressão não é constante, ela varia para cima e para baixo de modo a
alcançar uma taxa de fluxo controlada. A vazão de entrada na etapa de injeção varia
entre um valor máximo de 15 cc/s e mínimo de 12 cc/s, como pode ser observado no
Gráfico 2. Depois do ponto de comutação a vazão cai rapidamente para menos de 1
cc/s na etapa de recalque de aproximadamente 4,5 segundos, que é muito maior do
que o encontrado experimentalmente de 2 segundos.
Gráfico 2 – Vazão de entrada versus tempo – Simulação 0
Fonte: Obtido da simulação no SolidWorks feito pela autora
No Gráfico 3 é possível perceber que a massa aumenta linearmente na etapa de
injeção até aproximadamente 25 g e depois de forma quase assintótica na etapa de
recalque até atingir 27,06 g.
69
Gráfico 3 – Vazão de entrada versus tempo – Simulação 0
Fonte: Obtido da simulação no SolidWorks feito pela autora
A partir da Tabela 12 é possível notar que independentemente do valor
configurado para o tempo de injeção, o programa entende que uma vez preenchida a
peça na percentagem especificada em volume para o ponto de comutação, que é
chamado pelo programa de “alternância injeção/recalque”, pode-se avançar para a
próxima etapa de recalque. Isto ocorre porque no menu configurações de
preenchimento no item avançado denominado configurações de perfil de vazão, que
pode ser visto na Figura 9, foi selecionada uma vazão que varia em relação à
percentagem de preenchimento para o término da etapa de injeção e, não, o tempo
de preenchimento do molde. É importante lembrar que o método de injeção
progressiva é feito com base em percentagem mássica.
Isso acontece mesmo quando o tempo configurado não é suficiente, é o caso da
simulação 5, na qual o valor selecionado foi de 0,5 segundos e o tempo utilizado pelo
programa foi de 1,56 segundos. Outro exemplo é o da simulação 3, na qual o valor
selecionado foi 2,5 segundos, porém com 10 MPa de pressão, foram necessários 3,77
segundos para o preenchimento de 95% em volume da peça. Esse comportamento
do programa fez com que as simulações 4 e 5, as quais variavam o tempo de injeção,
ficassem idênticas.
70
É importante ressaltar que tanto o tempo de preenchimento quanto o tempo de
manutenção de pressão de injeção vêm bloqueados pelo programa, ou seja, não é
possível alterar de imediato. É necessário liberar o campo para realizar a alteração do
tempo.
A pressão durante o enchimento não é constante, ela aumenta de modo a manter
a taxa de fluxo controlada, se um valor menor do que o mínimo necessário para
preencher seja configurado, que é o caso da simulação 3, em que a pressão máxima
de injeção selecionada foi 10 MPa, o programa não ultrapassará esse valor. Se a
máxima pressão de injeção for insuficiente para completar a cavidade, o programa
informará a impossibilidade de preencher a peça no seu assistente. Nesta simulação
o tempo de injeção compensou a baixa pressão.
Já a pressão de recalque, devido a sua configuração por meio do perfil de
injeção, é possível garantir o seu valor durante toda a fase de recalque. O fato de o
valor dessa pressão não alterar, causa picos na vazão quando a pressão máxima de
preenchimento (29,48 MPa) mais baixa em relação a pressão de recalque (30 MPa).
É o caso da simulação 2, apresentado no Gráfico 4:
Gráfico 4 – Vazão versus tempo – Simulação 2
Fonte: Obtido da simulação no SolidWorks feito pela autora
71
Apesar de não ser possível fixar um valor para a pressão de injeção, é
interessante notar que o programa responde as variações de pressão de maneira
coerente. As simulações 2 e 3, as quais variaram a pressão de injeção de 50 MPa e
10 MPa respectivamente, apresentaram valores bem diferentes para a tensão de
cisalhamento e taxa de cisalhamento, sendo a peça com maior pressão a mais
tensionada. A Figura 25 apresenta uma comparação da taxa de cisalhamento da
Simulação 2 versus Simulação 1 (referência) versus a Simulação 3. Nela, as cores
frias representam as regiões com menor tenção e as cores quentes, as regiões com
maior tensão.
Figura 25 – Tensão de cisalhamento - Simulação 2 versus Simulação 1 versus
Simulação 3
Fonte: Obtido da simulação no SolidWorks feito pela autora
A vazão é selecionada a partir de um perfil, que pode ser alterada em função da
posição do fuso no cilindro de injeção ou em função da porcentagem de
preenchimento. Todas as simulações apresentaram uma variação da vazão, porém
sempre mantendo a média. A Figura 26 apresenta os gráficos de vazão versus tempo
das simulações 6, 1 e 7, as quais tem, respectivamente as vazões 27cc/s, 17cc/s e
7cc/s:
72
Figura 26 – Vazão versus tempo - Simulação 6 versus Simulação 1 versus
Simulação 7
Fonte: Obtido da simulação no SolidWorks feito pela autora.
Essa variação de vazão se dá devido às diferentes seções transversais da peça,
o que é o esperado no processo de injeção, visto que a vazão se calcula pela
multiplicação da velocidade pela área da seção transversal, sendo que esta varia
como mostra a vista frontal do modelo 3D na Figura 27.
Figura 27 – Diferença de largura do modelo 3D
Fonte: Autoria própria
Resumindo a velocidade de injeção controla a etapa de injeção, definindo o
tempo e a pressão máxima de entrada, já a pressão de recalque controla o tempo de
empacotamento.
73
Por fim, a massa final injetada, registrada pelo programa e apresentada na
Tabela 12, sofreu pouca variação entre as simulações o que é compreensível visto
que as alterações entre uma simulação e outra não foram tão significativas.
Entretanto, os valores encontrados na simulação estão praticamente 9 gramas mais
pesados que os valores encontrados no experimento prático, no qual foi registrado
peças completas com 18.03 g. O programa SolidWorks calcula automaticamente o
volume da peça e o seu peso com base na densidade do material escolhido para a
simulação. Esse valor se encontra na Figura 28.
Figura 28 – Volume, massa e tamanho do modelo 3D
Fonte: Obtido da simulação no SolidWorks feito pela autora
O valor apresentado na Figura 28 ainda é em torno de 3 gramas mais leve que
os resultados apresentados na Tabela 12. Isso pode ocorrer devido a fase de
recalque, no qual, após o preenchimento da cavidade, mais massa polimérica é
compactada dentro do molde. O Gráfico 5, retirado da Simulação 1 (utilizada como
74
referência para todas as outras simulações), apresenta uma massa de pouco menos
que 25 g até o ponto de alternância e 26,01 ao final do ciclo.
Gráfico 5 – Massa versus tempo – Simulação 1
Fonte: Obtido da simulação no SolidWorks feito pela autora
Independentemente do valor de massa encontrado, os resultados da simulação
ainda são válidos, visto que se trabalhou com a proporção de valores entre a injeção
experimental e a simulação e não os valores brutos.
Ainda sobre a variação da massa, as simulações 8 e 9 variaram o tempo de
manutenção de pressão na fase de recalque, sendo a Simulação 8 configurada com
4 segundos e a simulação 9 configurada com 0 segundos, obtiveram valores de massa
bem diferentes: 26,54 g para a simulação com recalque e 23,9 g para a simulação
sem recalque, o que sustenta a afirmação sobre a variação da massa teórica,
calculada a partir do volume e da densidade, para a massa encontrada na simulação.
A título de informação, para ser possível a realização da simulação com tempo zero
de recalque, se fez necessário configurar a pressão de recalque para zero também.
Do contrário, o programa ainda analisa a etapa de recalque.
75
5 CONCLUSÕES
O programa computacional SolidWorks Plastics tem como função auxiliar o
desenvolvimento de moldes de injeção plástica, bem como as peças a serem
injetadas. Portanto, parte-se do pressuposto que o usuário que está buscando o
programa tem um modelo 3D definido e deseja conhecer a factibilidade da injeção do
mesmo ou deseja verificar os parâmetros de injeção mais apropriados, ou ainda, está
desenvolvendo um molde e gostaria de verificar se é factível a injeção com o molde
proposto e o que poderia ser modificado para melhorar. Isto quer dizer que o programa
sempre buscará simular valores ideais e evitar erros, com base nas limitações de
processo que o usuário impõe. Essas limitações de processo são: o limite de pressão
que a máquina injetora a ser utilizada suporta, o material a ser injetado, a matéria-
prima que será utilizada para a confecção do molde, se o molde terá canais de
resfriamento, se será aquecido, ou não etc.
O presente trabalho visou fixar parâmetros de processo como: pressões de
injeção e de recalque, velocidade de injeção, tempos de injeção e recalque, e o ponto
de alternância entre injeção e recalque, para verificar se o retorno do programa seria
similar ao encontrado na injeção experimental. Os resultados foram, em sua maioria,
positivos. As inconsistências se dão justamente em tentar impor parâmetros como
variáveis independentes, que normalmente o SolidWorks Plastics retorna como
resultado (variáveis dependentes), tais como os tempos de injeção e de recalque.
Por fim, foi construído um guia prático para a simulação de injeção de plásticos
utilizando a ferramenta SolidWorks Plastics que certamente será de grande ajuda para
o meio acadêmico, podendo ser ensinado em sala de aula para auxiliar no
entendimento do processo de injeção, seus parâmetros e suas consequências:
defeitos, aspecto, tamanhos e etc. além de ensinar mais uma função presente no
programa Solidworks, o qual já está presente na grade do curso de Engenharia
Mecânica da UTFPR.
76
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APÊNDICE A – DESENHO TÉCNICO DO MODELO UTILIZADO NAS
SIMULAÇÕES